Mavzu: kriptografiyada kvant texnologiyalaridan foydalanish tahlili. Xudoyqulov zarif to‘raqulovich

MAVZU:KRIPTOGRAFIYADA KVANT TEXNOLOGIYALARIDAN FOYDALANISH TAHLILI.


XUDOYQULOV ZARIF TO‘RAQULOVICH
Muxamad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalar Unversuteti.
SAIDAHMEDOV.ELDOR.ISLOMOVICH
Toshkent sh ,Denov tadbirkorlik va pedagogika instituti Denov sh
[e-mail]
ANNATATSIYA
Ushbu maqolada kriptografiyada kvant hisoblashlardan foydalanish tahlili keltirilgan. Kvant hisoblashda mavjud bo'lgan axborot xavfsizligiga asosiy tahdidlar ko'rsatilgan. To'liq kvant kompyuteri yaratilgandan so'ng, RSA shifrlash algoritmi Shorning kvant algoritmi tomonidan obro'sizlanadi. Kvant kriptografiyasini rivojlantirishning asosiy yo'nalishlari: kvant aloqa kanallari va kalitlarni almashish protokoli.
Kalit so’zlar: Kvant hisoblash, axborot xavfsizligi, kvant kriptografiyasi, kvant algoritmlari, kalit almashish protokoli.
Zamonaviy insonning har qanday faoliyati tabiatan axborot bilan bog'liq. Hozirgi vaqtda bu jamiyatning strategik resursi bo'lib, ruxsatsiz kirishdan himoyalanishning ishonchli usullarini talab qiladi. Biroq, axborot xavfsizligini ta'minlashning ko'plab mavjud usullariga qaramasdan, axborot xavfsizligiga yangi tahdidlar muntazam ravishda paydo bo'ladi. Ana shunday tahdidlardan biri kvant hisoblashlari bo‘lib, u qanchalik paradoksal bo‘lmasin, ayni paytda axborotni himoya qilishning yangi usullarini taqdim etib, axborot xavfsizligining yangi yo‘nalishi – kvant kriptografiyasini yuzaga keltiradi.
Kvant informatikasi va kvant hisoblashlari qaysidir ma'noda klassik bitga o'xshash kvant biti (qubit) tushunchasiga asoslanadi. Qubitning o'ziga xos xususiyati shundaki, u superpozitsiya holatida bo'lishi mumkin. Holatlarning superpozitsiyasi kvant biti holatlarining chiziqli birikmasidir. Superpozitsiya holatida bo'lgan n-qubit kvant tizimida unitar operatsiyalarni bajarishda barcha mumkin bo'lgan holatlar bir vaqtning o'zida qayta ishlanadi.
Aynan mana shu effekt kvant parallelizmi deb ataladi, bu sizga katta hajmdagi axborotni saqlash imkonini beradi va hisoblash jarayonini sezilarli darajada tezlashtiradi. Amaliy masalalarni hal qilish uchun superpozitsiya effektidan foydalanishga asoslangan kompyuter 1000 kubitdan iborat kvant registriga ega bo'lishi kerak [2], bu taxminan 10301 klassik bitga ekvivalentdir. Kvant hisoblashning asosiy tamoyillari [1] da batafsil tavsiflangan.
Kvant hisoblash axborot xavfsizligiga tahdid sifatida. Bugungi kunda ma'lumotlar kanallari orqali uzatiladigan ma'lumotlarning aksariyati ochiq kalitli kriptografik tizimlar yordamida shifrlangan. Ushbu tizimlarning ishlash printsipi ikkita kalitdan foydalanish kerak. Ochiq kalit asl xabarni shifrlash uchun ishlatiladi. U jamoat mulkida nashr etilgan. Shaxsiy yoki maxfiy kalit qabul qilingan xabarning shifrini ochish uchun ishlatiladi. 1970-yillarning oxiridan boshlab, eng ko'p ishlatiladigan ochiq kalitlar tizimi RSA algoritmi bo'ldi.
Keling, ushbu algoritmning ishlash printsipini qisqacha ko'rib chiqaylik (1-rasm). Xabar shifrlanganda, u quvvat moduli N ga ko'tariladi. Qabul qilingan shifrlangan xabar xavfsiz bo'lmagan aloqa kanallari orqali uzatiladi. Qabul qilingan xabarning shifrini ochish uchun N sonining Eyler funktsiyasidan foydalanish kerak, buning uchun siz N ning asosiy omillarini bilishingiz kerak.
RSA algoritmining ishlash printsipi [3] da batafsilroq tavsiflangan. Shunday qilib, xabarning shifrini ochish uchun tajovuzkor N raqamini faktorizatsiya qilishi kerak. Kriptografiyada qulaylik uchun quyidagi belgilashlar qabul qilinadi, jo'natuvchi - RSA algoritmining kuchi katta sonlarni faktorizatsiya qilish juda murakkab ekanligiga asoslanadi. Matematik muammo, buning uchun samarali yechim algoritmi hali yo'q. Shuning uchun ham ushbu ochiq kalitli kriptografik tizim uzoq vaqtdan beri barcha shifrlash tizimlarining eng ishonchlilaridan biri hisoblanadi.
Biroq 1994 yilda amerikalik olim Piter Shor kvant faktorizatsiya algoritmini (Shor algoritmi) ishlab chiqdi.
Natijada paydo bo'lgan kvant algoritmi klassik algoritmlardan farqli o'laroq, polinom vaqtida faktorizatsiya masalasini hal qiladi. Bu faktga asoslanib, Shor algoritmi RSA ni buzish uchun ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, 1000 yoki undan ortiq kubitdan iborat kvant kompyuteri yaratilishi bilanoq, barcha ma'lumotlar algoritm tomonidan shifrlangan.
RSA zudlik bilan buziladi, bu jamiyatning axborot xavfsizligini va xususan kriptografiyani xavf ostiga qo'yadi.
Kvant hisoblashdan axborotni himoya qilish vositasi sifatida foydalanish.
Kvant hisoblash tahdidi axborot xavfsizligiga yangi yondashuvlarni keltirib chiqardi.
Birinchi yondashuv, post-kvant kriptografiyasi klassik va kvant hisoblari uchun qiyin bo'lgan matematik muammolarga asoslangan shifrlash algoritmlaridan foydalanishni taklif qiladi. Ikkinchi yondashuv - kvant kriptografiyasi - ma'lumotlarning maxfiyligini ta'minlash uchun kvant mexanikasining asosiy qonunlaridan foydalanadi.
Alisa habar jo'natuvchi,Bob kvantida qabul qiluvchi Bob,Yeva hujumchidir

Kvant kriptografiyasida quyidagi asosiy yo'nalishlarni ajratib ko'rsatish mumkin: ma'lumotlarni kvant uzatish texnologiyalari; kvant kalitlarini tarqatish texnologiyalari; kvant shifrlash; kvant raqamli imzo texnologiyalari, kvant xeshlash texnologiyalari.

Ma'lumotni uzatishning kvant kanallari eng xavfsiz ekanligi matematik jihatdan isbotlangan, bu esa axborotni himoya qilishning yangi darajasini olish imkonini beradi. Kvant mexanikasi qonunlari yordamida shifrlangan axborot tashuvchisi bu holda kvant ob'ekti, masalan, foton bo'ladi.
Kvant fizikasining asosiy qonunlariga ko'ra, kvant ob'ektini o'lchash yoki unga boshqa har qanday ta'sir qilish uning holatining o'zgarishiga olib keladi. Bundan kelib chiqadiki, xabarni ushlab turish yoki kanalni tinglashga urinish foton holatining o'zgarishiga olib keladi, bu darhol qabul qiluvchiga ma'lum bo'ladi.
Ma'lumotlarni uzatish kvant kanallari kvant kalitlarini taqsimlash algoritmlarini amalga oshirish uchun asos bo'lib, kvant kriptografiyasini rivojlantirishning asosiy yo'nalishi hisoblanadi.
Kvant kalitlarini tarqatish texnologiyasi (keyingi o'rinlarda QKD deb yuritiladi) kalitlarni kvant fizikasi qonunlari asosida ochiq aloqa kanallari orqali masofaviy foydalanuvchilar o'rtasida taqsimlash imkonini beradi.
QKD texnologiyasi noma'lum kvant holatini nusxalashning mumkin emasligiga asoslangan; signalni tinglay olmaslik; ikkita ortogonal bo'lmagan kvant holatini mutlaqo ishonchli ajratishning mumkin emasligi.
Barcha QKD protokollari quyidagi printsipga muvofiq ishlaydi: Alisa (jo'natuvchi) fotonlarning kvant holatini o'rnatadi va ularni kvant ma'lumotlar uzatish kanallari orqali uzatadi. Bob (qabul qiluvchi) fotonlarni oladi va ularning holatini qayd qiladi.
Agar Alisa va Bob qanday foton polarizatsiyasi tanlanishini oldindan kelishib olmasalar, Bob qabul qilingan signalni yo'q qiladi. Kalitni uzatishda tinglanganmi yoki yo'qmi, Alisa va Bob uzatilgan va qabul qilingan ma'lumotlarni solishtirish orqali aniqlashlari mumkin. Taqqoslash usuli har bir QKD protokoli bilan belgilanadi.

Mutlaqo xavfsiz shifrlarga qo'yiladigan asosiy talab shundan iboratki, uning kaliti kodlangan xabar uzunligiga teng yoki undan kattaroq bo'lishi kerak [4]. Biroq, olimlar kvant kriptografiyasida kalit xabarning o'zidan qisqaroq bo'lishi mumkinligini isbotladi. Mutlaqo xavfsiz kvant shifrlash tizimi amalga oshirildi, bu har bir fotonda olti bitli ma'lumotni uzatish imkonini beradi, kalit uzunligi esa xabar uzunligidan kamroq. Bu yangi kalitni asosiy xabar ichida o'tkazish imkonini beradi. Mutlaq kuchli shifrlash texnologiyasi [5] da batafsil tavsiflangan.

Xulosa.
Ushbu maqolada axborot xavfsizligi sohasida kvant texnologiyalaridan foydalanish tahlili o'tkazildi. Tahlil natijasida shunday bo'ldi
Kvant kompyuteri yaratilgandan keyin klassik kriptografiya axborotni himoya qilishning samarasiz usuliga aylanishi aniqlandi. Shuning uchun ham axborot xavfsizligiga yangi yondashuv – kvant kriptografiyasi vujudga keldi. Kvant kriptografiyasi axborot xavfsizligining jadal rivojlanayotgan tarmog'idir.
Ko'pgina davlatlar, shu jumladan O'zbekiston ham ushbu sohani rivojlantirish va texnik muammolarni hal qilish uchun katta mablag' sarflaydi. Fizika qonunlariga asoslanib, kvant kriptografiyasi axborotni himoya qilishning eng ishonchli usullaridan biridir.